镁合金作为现阶段得以工程应用的最轻的结构金属材料,且具有较高的比强度、比刚度,是当今汽车工业结构轻量化的理想材料。然而由于镁合金具有密排六方的原子结构,滑移系少,变形模式复杂,在室温下成形能力较差,应用成本居高不下,应用范围受到了极大地限制。因此,需要对镁合金的塑性变形机理进行深入探索以提高其成形性能。介观尺度的晶体塑性模型是联系多晶体复杂微观结构与宏观力学性能的桥梁,是探究材料塑性变形机理的有力手段。然而现有晶体塑性模型普遍将孪生变形当作“伪滑移”模式进行处理,缺乏对孪晶形貌的空间解析,虽可在一定程度上反应变形孪晶对材料宏观力学性能的影响,却难以用于对镁合金中孪生变形相关的塑性变形机理的深入探究。因此,亟需发展可同时准确表征位错滑移和孪生变形不同变形模式的高效的全场晶体塑性分析模型。针对该问题,本文的工作围绕构造高效的可空间解析孪晶动态过程的全场晶体塑性模型展开,基于位错滑移和孪生变形的物理本质建立可同时准确表征位错滑移和孪生变形不同变形模式的高效数值工具,并将其应用于对镁及其合金中孪晶相关塑性变形机理的探究。具体工作为:（1）构建了晶界与变形孪晶耦合演变的相场模型。为表征多晶体内晶界对变形孪晶“传播”的阻碍作用,本文创新性地在孪晶相场模型中引入晶界处应变松弛的概念,建立了晶界与变形孪晶耦合演变的相场模型,可在弹性体系下对多晶体中晶界与变形孪晶的作用机理进行深入探究。应用所建立的耦合相场模型,本文成功地捕捉到了镁及其合金由于变形孪晶与晶界相互作用引起的晶界迁移行为,以及变形孪晶跨晶界“传播”时相邻晶粒内新的孪晶变体的择优形核位置和孪晶变体选择规律。（2）建立了基于谱方法的晶体塑性-孪晶相场耦合全场模型。通过孪晶相场序参量与孪晶特征剪切的对应关系,成功地将孪晶的动态形貌演变直接引入到了晶体塑性本构中,实现了在快速傅里叶变换晶体塑性模型中对位错滑移和孪生变形两种不同变形模式的同时表征,建立了一种稳健高效的全场晶体塑性模型,实现了对孪晶动态过程的空间解析。该模型不仅可用于预测镁及其合金塑性变形中孪晶形核、生长和“传播”过程的孪晶形貌演变及与其特征行为对应的宏观力学响应,还可对位错滑移与变形孪晶、孪晶与孪晶、孪晶与晶界的耦合作用机理进行深入探究,是一种稳健、高效的探索镁合金塑性变形机理的数值工具。（3）应用所建立的谱方法晶体塑性-孪晶相场耦合模型探究了镁合金内部可能存在的微观结构缺陷对变形孪晶形核、生长等特征行为及材料整体力学响应的影响。发现了微观结构缺陷将促进变形孪晶的形核,而孪晶形核和生长可大幅缓解微观结构缺陷特征区域的应力集中,表明变形孪晶在塑性变形的早期阶段对材料内部微观结构缺陷的进一步拓展具有抑制作用。（4）建立了大变形体系下的谱方法晶体塑性-孪晶相场耦合全场分析模型,填补了可直接用于成形性能分析的空间解析孪晶动态过程的全场晶体塑性模型的空白。通过相场模型对孪晶形貌进行更新并基于其与孪晶特征剪切的对应关系将变形孪晶的形貌嵌入到了晶体塑性本构中,采用半隐式的向前梯度时间积分法结合切线系数法对应力状态进行直接更新,再基于快速傅里叶变换的晶体塑性方法求解应变兼容,省去了复杂耗时的迭代过程,建立了适用于大变形问题的晶体塑性-孪晶相场耦合全场分析模型。该模型不仅可实现对镁及其合金宏观应力-应变响应、变形孪晶复杂形貌演变过程及微观力学场的准确捕捉,计算效率相比于前文发展的小变形体系下的耦合模型提高显著,可直接应用于基于全场晶体塑性模型对镁合金成形性能的预测。